19.6. Обеспечение единства измерений спектральных параметров лазерного излучения

Состояние ОЕИ спектральных параметров лазерного излучения практи­чески не изменилось в отечественной лазерометрии с 70-х-80-х годов [83]. Остановимся кратко на отличительных чертах ОЕИ применительно к иссле­дованиям спектров лазеров непрерывного действия, измерениям длин волн или частот.

Метрологические свойства спектрометров характеризуются гбочим диа­пазоном длин волн, областью дисперсии, разрешающей способностью или по­лушириной аппаратной функции, погрешностью измерения частотных интер­валов, пределами мощности анализируемого излучения, степенью оптической развязки между спектрометром и лазером.

Рабочий диапазон длин волн определяется проверкой соответствия всех метрологических параметров паспортным данным на указанных длинах волн лазеров.

Область дисперсии, полуширина аппаратной функции, разрешающая спо­собность, погрешность измерения частотных интервалов определяются мето­дом сравнения со спектром многочастотных лазеров, работающих в режиме генерации нескольких продольных типов колебаний. В этих лазерах межмо-довый частотный интервал, Аи и 100 МГц, воспроизводится с относительной погрешностью не более 1 %. Рабочие длины волн лазеров равны 0, 44, 0, 48, 0, 51, 0, 63, 1, 15, 3, 39 и 10, 6 мкм. Наблюдаемый с помощью спектрометра на экране осциллографа спектр эталонного лазера задает частотный масштаб, с кото­рым сравниваются указанные выше параметры. Разрешающая способность спектрометра рассчитывается, исходя из измеренной полуширины аппаратной функции и известных в оптике критериев спектрального разрешения.

В некоторых диапазонах длин волн можно использовать в составе эталон­ных СИ перестраиваемые по частоте лазеры в комплекте с высокостабильны­ми лазерами-гетеродинами и радиочастотными СИ разностных частот.

Калибровка эталонных лазеров производится эталонной мерой высшей точности, воспроизводящей спектральный интервал 100 МГц с относи­тельной погрешностью 10~3%. Такая высокая точность измерения интервалов между частотами в спектрах излучения эталонных лазеров достигается мето­дами оптического гетеродинирования, для чего в комплект эталонной меры высшей точности включены высокостабильный радиочастотный генератор, набор широкополосных фотоприемников в диапазоне 0, 4-11 мкм и радиоча­стотные СИ разностных частот.

Эталонная мера высшей точности сличается с Государственным первич­ным эталоном единиц времени и частоты при помощи средств и методов, предусмотренных Государственной поверочной схемой для СИ времени и ча­стоты.

Метрологическую аттестацию и поверку оптических гетеродинных спек-троанализаторов производят также с помощью эталонных многочастотных лазеров со стандартизованным спектром излучения методом непосредствен­ной оценки по шкале измерительного прибора (например, анализатора спек­тра) межмодового спектрального интервала, воспроизводимого эталонным лазером.

При метрологической аттестации и поверках СИ длин волн пользуются методом непосредственной оценки длины волны, воспроизводимой эталонным источником. Практически это осуществляется встраиванием такого источника в измерительную установку и сравнением результата измерения его длины волны со значением, записанным в паспорте источника.

В спектроскопии в качестве стандартов (нормалей) длин волн различных классов точности используются длины волн, излучаемые при определенных условиях возбужденными атомами газов (криптоном) и парами металлов (кадмия, ртути, железа, тория и т. п. ).

За первичную эталонную длину волны принята линия 0, 605 мкм, излуча­емая при определенных условиях лампой, заполненной криптоном-86. Сред-неквадратическая погрешность воспроизведения этой длины волны 1 · 10~8, в соответствии с ГОСТ 8. 101-73, на ГСЭ единицы длины волны для спектро­скопии. В комплекс ГСЭ кроме лампы с криптоном-86 входит спектроинтер-ферометр, с помощью которого размер единицы длины волны передается эта­лонным СИ, а от них — рабочим средствам — лазерам и СИ длин волн лазеров, используемым в экономике, науке, технике. Передача размера единицы длины волны ведется в соответствии с поверочной схемой ГОСТ 8. 101. 73, устанавли­вающей соподчиненность эталонов и рабочих СИ, их точностные параметры и порядок передачи размера единицы. Достаточно хорошо исследован ряд лазерных линий генерации с высокой стабильностью и воспроизводимостью частоты излучения. Такие лазеры используются в качестве эталонных источ­ников длин волн не только в поверочных схемах для лазеров, но и в других поверочных схемах: для измерения длины волны, для спектроскопии (поверка спектрометров и спектрофотометров широкого назначения).

В области измерений частоты ОЕИ предполагалось реализовать с помо­щью поверочной схемы, проект которой был разработан в конце 70-х годов. Она должна была возглавляться рабочим эталоном единицы частоты на базе He-Ne/CH4 — или СОг/ОвО^лазера, абсолютное значение частоты которого должно было быть измерено по отношению к первичному эталону единиц вре­мени и частоты. Передачу размера единицы разрядным эталонам на первом этапе предполагалось осуществлять в дискретных точках, соответствующих длинам волн 0, 63; 3, 39; 10, 6 мкм. В дальнейшем по мере совершенствования методов сравнения и измерения частот лазеров диапазоны передачи размера единицы планировалось значительно расширить.

Отсутствие в стране серийно выпускаемых в качестве РСИ лазерных спек­трометров, волномеров и частотомеров не стимулировало совершенствования и развития системы ОЕИ в этом подвиде измерений.